工业催化原理课件.PPTVIP

催化剂的组成与功能 活性组分 化学活性 载体 高表面积、孔结构、机械强度 助催化剂 对活性组分/载体改性 催化剂的性能指标 活性 衡量催化剂效能大小 表示催化剂加快化学反应速率程度的一种度量。 选择性 稳定性或寿命 催化剂活性(activity)常见的几种表示方法 转换频率(数）( Turnover number TON 、Turnover frequency TOF) 转化率(conversion %) 反应速率 活化能 反应温度 比活性 转换频率 定义： 单位时间内每个活性中心转化的分子数，虽然这个表示方法很科学，但测定起来却不容易。 活性中心（部位，sites)---固体催化剂，其表面化学性质和物理性质不同。 活性中心的测定： 金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子 结构敏感和不敏感 对于金属上的有些反应：反应速率与金属晶粒的大小、形状和其它物理性质无关，只与金属表面原子的总数有关—结构不敏感反应。 反应速率随表面精细结构而变化—结构敏感反应。 反应速率 反应速率表示反应快慢，一般有三种表示方法。 以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准 在催化反应动力学的研究中，活性多用反应速率来表达。 速率常数 用速率常数比较活性时，要求温度相同。在不同催化剂上反应，只有当反应的速率方程有相同的形式时，用速率常数比较活性大小才有意义。此时，速率常数大的催化剂的活性高。 转化率 是常用的比较催化剂活性的参量。转化率越高，催化剂的活性越大。 在用转化率比较活性时，要求反应温度、压力、原料气浓度和停留时间都相同。 转化率的计算表达式 反应温度 用达到某一转化率所需的最低温区来表示活性。 温度越低表明催化剂的活性越高。 活化能 一般说，一个反应在某催化剂上进行时活化能低，则表示该催化剂的活性高，反之亦然。通常都是用总包反应的表观活化能作比较。 比活性 选择性 稳定性 1)化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。 2)耐热稳定性：能在反应条件下，不因受热而破坏其物理化学状态，能在一定温度范围内保持良好的稳定性。 3)抗毒稳定性：催化剂对有害杂质毒化的抵抗能力，这种能力越强越好。 4)机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重压、温度等引起的种种应力的程度。 催化剂和催化反应分类 按催化体系分为：均相与非均相 均相：反应物与催化剂形成均一相液相催化反应．其中包括气体溶解于液相中的反应。 多相催化：反应物与催化剂处于不同相时的催化反应。在多相催化中，催化剂常常是固体。 工业催化原理 催化作用与催化剂 催化作用的特征 催化剂的组成与功能 催化剂的反应性能(催化指标) 活性 选择性 稳定性 催化剂和催化反应分类 催化剂的定义 研究一个化学反应体系 反应的平衡位置 属于化学热力学 多久能达到平衡位置 属于化学动力学 催化剂是一种能加速反应的速率而不改变反应的标准自由焓变化的物质。 催化剂作为一种化学物质，它能够与反应物相互作用，但是在反应的终结它仍保持不变。 催化剂加速化学反应的实例 SO2＋O2 ? SO3 ( V2O5)，无催化剂时，即使加热也几乎不生成 SO3。 N2＋H2 ?NH3 (Fe催化剂)，若没有铁催化剂，在反应温度为400℃时，其反应速度极慢，竞不能觉察出来，而当有铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。 催化过程的发展 1838年，实现了工业规模合成SO3 1913年．实现了工业规模合成氨， Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药。 1923年．实现了以煤为原料，通过CO＋H2的合成烃类，即所谓费托(F—T)合成。Cu系催化剂作用下制得了甲醇。 20年代以后，利用钒作催化剂由萘成功地氧化为邻二甲苯酐。 催化理论的基本思想的形成 在这一时期，逐步产生了某些催化理论的基本思想。例如，不稳定表面中间物(1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践中应用，起到了改进旧催化剂、开发新催化剂的作用，推动了化学工业的发展。 新的催化过程帮助提高经济效益和竞争能力 1936年 改性天然白土作为催化裂化催化剂生产高辛烷值汽油 40年代初改用合成硅铝胶催化剂 60年代又改用稀土分子筛催化剂，既进一步提高了汽抽辛烷值，又极大地提高了产率。 催化加工过程 1953年用Ziegler—Natt催化剂合成厂聚乙烯， 1957年 磷钼酸铋催化剂 丙烯氨氧化合成丙烯脂，为人造橡胶、纤维、塑料三大合成材料的生产奠定了基础。。 催化过程帮助解决危机 为控制大气污染，1970年又研制成功了汽车废气净化的贵金属和非贵金属催化剂。 随着石油危机的出现，对煤资源和重油的开发利用又受到了重视，由此对耐硫的硫化物催化剂和使用Z